微型车的无级变速器与发动机的匹配研究

论文摘要

在当前环境能源危机的影响下,改善车辆的经济性和排放以适应当前的形式已经成为研究的重点,而金属带式无级变速器能有效的改善发动机与动力传递系统的匹配性能,从而能提高车辆的经济性和排放性。目前金属带式无级变速器的技术已经很成熟,已经有很多汽车装配了金属带式无级变速器,但是其成本比传统的手动档变速器要高出很多。因此本文在对当前金属带式无级变速器的结构及工作原理进行分析的基础上提出一种新的金属带式无级变速器控制系统,并在某款微型车上进行建模仿真分析其可行性。介绍了无级变速器的发展历史及其分类,国内外对无级变速器的研究状况,在查阅了大量的资料下,分析了金属带式无级变速器的基本组成结构和工作原理。然后对其运动学原理进行了研究,得出了金属带式无级变速器的速比传递关系和转矩传递关系,以及金属带式无级变速器的控制的要点,为后面的建模奠定了基础。依据某款微型车的发动机台架试验数据,建立发动机油耗和转矩三维模型,分析发动机负荷特性,速度特性,从而得出发动机最佳动力性和最佳经济性调速特性,作为金属带式无级变速器控制的目标。从降低金属带式无级变速器制造成本出发,提出一种电机控制系统取代传统的液压控制系统。分析了电机的工作原理和数学模型,为了方便后面的建模,将数学模型转化成传递函数,然后对PID控制器的原理作了分析,利用GT-drive软件建立了金属带式无级变速器的电机PID控制模型,利用稳定边界法确定了PID控制器的三个控制参数,为了提高控制系统的精度,改用了积分分离的PID控制器,即PD/PID控制器,仿真结果表明该控制模型的精度确实得到了提高。利用模糊控制,将发动机最佳动力性目标转速和最佳经济性目标转速综合为一个以驾驶员驾驶意图的目标转速,通过matlab的fuzzy工具箱计算出模糊控制的查询表,利用GT-drive软件建立了整车的动力学模型和运动学模型,以各种工况对车辆进行了仿真,得出的结果表明本文提出的速比控制系统达到了传统液压控制系统的准确度,然后通过分析整车动力学和经济性,仿真结果也达到了很理想的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 无级变速器的分类
• 1.2.1 电动式无级变速器
• 1.2.2 滑动离合器式无级变速器
• 1.2.3 液力变矩器
• 1.2.4 摩擦式无级变速器
• 1.3 无级变速器的优点
• 1.3.1 动力性
• 1.3.2 经济性
• 1.3.3 排放
• 1.3.4 成本
• 1.4 CVT的发展现状
• 1.4.1 国外研究现状
• 1.4.2 国内研究现状
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 汽车金属带式无级变速器基本原理
• 2.1 无级变速器基本结构
• 2.2 金属钢带以及带轮基本结构
• 2.2.1 带轮的基本结构及工作原理
• 2.2.2 金属钢带结构
• 2.3 金属带式无级变速器运动学原理
• 2.3.1 速比的传递关系
• 2.3.2 转矩的传递关系
• 2.4 金属带式无级变速器的控制
• 2.5 本章小结
• 第3章 发动机与CVT速比控制策略的研究
• 3.1 发动机数据分析
• 3.1.1 发动机曲线拟合方法
• 3.1.2 发动机模型建立
• 3.1.3 发动机特性曲线分析
• 3.2 速比控制策略
• 3.3 CVT速比控制方式
• 3.3.1 步进电机原理
• 3.3.2 步进电机分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 仿真模型的建立
• 4.1 GT-drive模块介绍
• 4.1.1 操作界面及模块介绍
• 4.1.2 仿真计算模式
• 4.1.3 GT-drive的计算与后处理
• 4.2 整车及CVT控制模型建立
• 4.2.1 整车模型的建立
• 4.2.2 PID控制系统分析
• 4.2.3 CVT控制模型的建立
• 4.3 本章小结
• 第5章 整车仿真分析
• 5.1 模糊控制原理
• 5.2 速比模糊控制
• 5.3 仿真分析
• 5.3.1 起步工况分析
• 5.3.2 加速工况
• 5.3.3 坡路工况
• 5.3.4 动力性仿真
• 5.3.5 经济性仿真
• 5.4 本章小结
• 第6章 全文总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文